尽管公众在很大程度上没有注意到，但2017年标志着日常交通运输可能是自1901年开始大规模制造汽车以来最大的转变的开始。当时，奥迪推出了A8，据称这是第一款能够实现SAE 3级自动驾驶的汽车。为什么这很重要?在Level 3操作期间，驾驶员可以将视线从道路上移开，让车辆自行驾驶。
A8只能在严格限制的驾驶条件下进入Level 3，由内燃机驱动。尽管如此，它仍然代表着向全自动、全电动汽车的发展道路上迈出了一大步。这种汽车无需人工辅助，所有机械和液压功能都已被电动汽车取代。
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1.不要吓到马。第一辆不用马拉的马车标志着以马为动力的交通工具的终结。为了平稳过渡，1904年的一项专利是在前轮上安装一匹假马。(来源:谷歌的专利）
汽车电气化的运动开始于无马马车的早期(图1)．最早的车辆使用煤油灯照明，用明火点燃燃料混合物，但这并没有持续多久。重点包括:
- 机电分配器和真空推进到电子点火正时
- 化油器到电子喷油器和发动机闭环控制
- 油灯到白炽灯再到后来的LED灯
- 液压控制传动转为电子传动
消费者对电动座椅、后视镜、巡航控制、LED照明、防抱死制动(ABS)和电子稳定控制(ESC)等便利和安全功能的需求不断增加。但汽车电子内容的下一个阶段预计将围绕三个词:连接、自动和电动。
互联汽车:将世界带向汽车
通用汽车于1996年推出的安吉星(OnStar)是最早为汽车与外界提供数据和语音连接的服务之一。最近，宽带无线已经让车辆可以接触到大量的外部服务:GPS、流媒体音频和视频、天气、交通信息等。这些设备与传统无线电设备归类为信息娱乐设备，其中还包括高级驾驶员辅助系统(ADAS)的视听设备，下文将对此进行更详细的讨论。
在“数字座舱”中，离散仪表消失了，因为应用处理器提供了模拟仪表的图形表示。其他功能还包括导航活动地图，以及在眼睛高度显示关键信息的平视显示器(hud)，这样司机就可以把注意力集中在前方的道路上。
多种电子技术结合在一起，帮助车辆增加信息娱乐功能。的参考设计在图2包括多个TI部件DRA718“哈辛托”应用程序处理器;高清触摸屏显示;高速有线及无线通讯;以及熟悉的模块，如Wi-Fi、数字音频广播(DAB)接口和d类音频放大器。
2.DR71x信息娱乐应用处理器是低成本参考设计的基础，可以支持多种视频和图形格式。(来源:TI Designs:“性价比高的车内信息娱乐系统参考设计”PDF）
在不久的将来，我们将看到汽车之间以及与环境之间通过正在出现的车对车(V2V)和车对基础设施(V2I)模块进行实时通信。V2V功能可以通过交换速度信息和制动状态，或者提醒主干道上的车辆其他车辆即将从侧道进入，从而减少事故。V2V还将允许车辆组队，即多辆距离较近的车辆以高速车队的形式一起行驶，这种技术可以显著节省燃料。V2I将提供事故或交通堵塞警报等功能，包括同步信号以加快交通流量。
混合动力和电动汽车推动高压电力电子技术的发展
越来越严格的排放和燃油经济性法规继续在世界范围内实施，推动了混合动力和全电动汽车的采用。对全球警告的担忧促使人们试图减少或消除内燃机(ICEs)。事实上，加州、中国和几个欧洲国家正在努力在未来几十年禁止此类车辆。
3.混合动力电动汽车越来越多地取代了机械和液压功能，最终形成了全电动汽车。(来源:“进入汽车系统创新的快车道与德州仪器”PDF）
自1997年第一辆丰田普锐斯下线以来，混合动力汽车和电动汽车获得了巨大的宣传(和市场份额)。混合动力汽车，特别是电动汽车用电子汽车取代了许多机械部件，构成了新电子内容的主要增长市场。我们可以将混合动力汽车/电动汽车技术分为六个阶段(图3)．
对于电子部件，混合动力汽车和电动汽车的主要重点是交流和直流电源之间的节能能源转换(图4)．包括所有类型的拓扑:
- DC-DC转换器电源低压电子。
- 直流-交流转换器驱动电动机，包括动力传动系统。
- AC-DC转换器可以从标准的住宅插座和大功率充电站为车辆充电。
4.HEV/EV需要多种类型的高压转换器，包括单向和双向DC-DC拓扑。(来源:TI培训视频:“如何为电动汽车(EV)设计多千瓦DC/DC变换器- EV系统概述”）
虽然混合动力/电动汽车中间直流公交车上一个供应电压48 V、12 V许多系统,基本的系统电压来自一个锂离子电池(锂)栈多个锂离子电池产生超过400 V,所以戊肝病毒/电动汽车需要使用高压组件和专业技术。
在高压设计中，安全是重中之重。当然，防止人类暴露于危险的电压和电流是至关重要的，但其他电路必须保护免受高压相关的危险，如过电压、过流、功率尖峰或电磁噪声。
确保系统的安全性涉及到设计过程的各个方面:材料选择、工艺开发、电路设计、封装和鉴定。专用设备，如TMS570大力神系列微控制器(mcu)是为电气系统的安全控制而设计的:它们包括双锁步处理器、自检和纠错等功能。另一个MCU家族C2000，优化高速，实时电机控制。
在特斯拉Model S等高性能电动汽车中，为主牵引电机设计直流-交流逆变器尤其具有挑战性，因为它必须切换功率级别超过300 kW。绝缘栅双极晶体管(igbt)和硅mosfet都被用于功率开关，但氮化镓(GaN)晶体管理论上可以在兆赫兹频率下开关1kv或更多，因此它们成为首选的解决方案。
电池组本身呢?虽然锂离子电池是混合动力汽车和电动汽车电池的首选化学材料，但锂离子电池的安全操作区域(SOA)相对较小。过度充电和其他情况可能会导致从电池寿命降低到灾难性火灾等不良后果，因此电动汽车电池组需要精确的电池管理系统(BMS)。一个典型的百时美施贵宝测量电池电压、电池电流和温度，平衡电池间的电荷分布，确保电池使用寿命。
一旦电池尺寸固定，电动汽车的最大行驶距离取决于其耗电量。轻踩油门是有帮助的，但从电机到数字时钟，电子元件的设计必须达到最大的能源效率。这个需求可能会影响组件设计的所有方面。
组件在运行时必须消耗最小的功率，并在不需要时切换到低功率“睡眠”模式。许多更复杂的部件，如asic和微控制器，也可以在不用于特定操作时关闭耗电的功能块。
顺便说一句，电动汽车不仅在州际公路上，它们也在赛道上。目前，Formula-E赛车系列赛已经进入了第四个赛季，共有12场比赛。该系列赛有两个目的:提高电动汽车的认知度，并遵循“赛车提高品种”这一著名格言，在广阔的领域内提高技术水平。这个系列正在追求一个多年的发展计划。在第一季中，所有车队都使用相同的车辆，但随后的赛季逐渐开放了更多的竞争区域。从第二季开始，车队可以更换他们的电机，变速箱，逆变器，和新的底盘计划在下赛季。
自动驾驶汽车:人类司机的末日?
从长远来看，自动驾驶汽车的兴起对电子零部件供应商来说是另一个大趋势，但也可能预示着传统汽车行业的巨变。
随着自动驾驶汽车预计将广泛普及，消费者将其视为一种由智能手机按需召唤的服务，一些人甚至预测，人类驾驶的汽车可能会在20年内被立法禁止存在，被禁止在一些私人拥有的道路和赛道上行驶。
讽刺的是，担心人类太危险让我们回到了原点。19世纪90年代，人们还担心开车的人。然而，在当时，这是因为没有一群马具有天生的智力来弥补人类的错误!
5.SAE J3016定义了从0级(无自动化)到5级(全自动化)的6个自动驾驶级别(来源:nhtsa.gov）
美国汽车工程师学会(SAE)将自动驾驶分为5个级别(图5)在其SAE J3016标准。
每一个后续的关卡都会增加一些功能。等级0、等级1、等级2要求驾驶员监控驾驶状况，并在必要时进行接管，而等级较高的等级则逐步降低了驾驶员参与的程度:
- 0级(无自动化)
- 1级(驾驶员辅助):增加巡航控制等简单功能。
- 2级(部分自动化):包括一些高级功能，如车道保持辅助，加速和合并，以及避免碰撞。一些量产车辆符合二级标准。
- 第三级(条件自动化):车辆可以在各个方面承担驾驶控制，但必须由人在系统提示下进行控制。奥迪A8宣称具有3级性能。
- 第4级(高度自动化):车辆可能会要求人类司机接管，但不需要人类做出回应。如果驾驶员忽略了请求，4级车辆仍然必须安全响应。
- 第5级(全自动化):自动驾驶汽车能够在任何时候进行完全控制。
在高速汽车网络大规模增长的帮助下，自动驾驶所需的许多构件开始出现在ADAS类别下。ADAS技术包括自适应巡航控制、防撞和停车辅助技术等。ADAS市场是预计到2025年将超过670亿美元，复合年增长率(CAGR)为19.0%。
ADAS需要很多功能模块，包括捕捉周围环境信息的传感器。许多ADAS模块已经安装在人类驾驶的车辆上。例如，视觉传感器可以取代传统的后视镜和侧视镜，为驾驶员提供360度的视野。通过座舱显示视图。自动驾驶汽车的视觉系统还必须检测障碍物，解读道路标志，并与可见光范围以外的传感器密切合作。超声波、雷达和激光雷达传感器在特定条件下各有优缺点。
ADAS要求将多个高清图像紧密集成到一个360度的图像中。视图。对于实时响应，系统必须为最大吞吐量进行优化。
图6给出了带有四个摄像头的ADAS视觉系统的框图。该设计包括以下功能块:序列化器、反序列化器集线器、图像信号处理器(ISP)和应用程序处理器。它使用TI的高速FPD-Link III，允许高速视频、电源和双向控制信号通过一根同轴电缆发送。与绝大多数汽车电子系统一样，该设计需要结合许多功能:高清图像采集、高速数据通信、功率over coax (PoC)和视觉处理。
6.ADAS视觉系统必须从多个远程摄像机捕捉同步图像，并将其传输到中央视觉处理器，用于聚合和座舱显示。(来源:进入汽车多摄像头操作的下一代架构）
TI拥有一整套ADAS视觉系统解决方案，包括TDAx片上系统(SoC)系列。这是一个可伸缩的设备系列满足ADAS和其他视觉系统要求。
许多ADAS功能已经在高端汽车上使用。例如，2018款梅赛德斯-奔驰s级轿车采用了2级自动驾驶，并包含了用于盲点辅助的ADAS功能;防撞辅助，包括前向碰撞;活跃lane-keeping协助;、车道偏离警告。
始终存在的安全因素
我们提到了电动汽车的安全性，但汽车市场对安全性、质量和可靠性有严格的要求，尤其是对安全性至关重要的功能。使原先的机械功能带电，如。这使得评估安全性和潜在故障带来的风险变得更加困难。
的ISO26262该规范为汽车电子系统的功能安全设定了标准。该规范涵盖了从需求规范到报废的整个生命周期，并根据汽车安全完整性等级(ASILs)定义了可接受的风险级别。
功能的ASIL水平是基于与潜在故障相关的三个因素的评估:严重程度、发生的可能性(暴露)和可控性。ASIL D是最高级别，适用于一旦发生可能导致生命危险或致命伤害的故障，它可能发生在大多数正常操作中，而且它可能很难或不可能控制。
正如你所想象的那样，在无人驾驶汽车中发生的不影响乘客、其他车辆和行人安全的事件很少，所以ISO26262在无人驾驶汽车中的精确应用仍在讨论中。
结论
汽车几乎从一开始就用电子部件来代替机械部件。最近，它还开始添加网络通信、互联网功能和驾驶员辅助功能。现在，全自动驾驶的全电动汽车进入了人们的视野。
德州仪器提供广泛的解决方案，参考设计和培训，以帮助汽车应用的设计者。欲了解更多信息，请访问该公司的汽车的概述页面。
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